Kondensatory filtrujące, cewki indukcyjne i kulki magnetyczne to typowe elementy obwodów projektowych EMC, a także trzy potężne narzędzia eliminujące zakłócenia elektromagnetyczne.
Wierzę, że wielu inżynierów nie rozumie roli tych trzech w obwodzie, a artykuł z projektu zawiera szczegółową analizę zasady eliminacji trzech najsilniejszych EMC.
1. Kondensator filtrujący
Chociaż rezonans kondensatora jest niepożądany z punktu widzenia filtrowania szumów o wysokiej częstotliwości, rezonans kondensatora nie zawsze jest szkodliwy.
Po określeniu częstotliwości szumu, który ma być filtrowany, pojemność kondensatora można dostosować tak, aby punkt rezonansowy spadał po prostu na częstotliwość zakłócenia.
W praktyce inżynierskiej częstotliwość filtrowanego szumu elektromagnetycznego często sięga setek MHz, a nawet więcej niż 1 GHz. W przypadku szumu elektromagnetycznego o wysokiej częstotliwości konieczne jest zastosowanie kondensatora przelotowego, aby skutecznie go odfiltrować.
Powodem, dla którego zwykłe kondensatory nie są w stanie skutecznie odfiltrować szumów o wysokiej częstotliwości, są dwa powody:
(1) Jednym z powodów jest to, że indukcyjność przewodu kondensatora powoduje rezonans kondensatora, który powoduje dużą impedancję dla sygnału o wysokiej częstotliwości i osłabia efekt obejścia sygnału o wysokiej częstotliwości;
(2) Innym powodem jest pasożytnicza pojemność pomiędzy przewodami łączącymi sygnał o wysokiej częstotliwości, zmniejszając efekt filtrowania.
Powodem, dla którego kondensator z rdzeniem przelotowym może skutecznie odfiltrować szum o wysokiej częstotliwości, jest to, że kondensator z rdzeniem przelotowym nie tylko nie ma problemu z tym, że indukcyjność przewodu powoduje, że częstotliwość rezonansowa kondensatora jest zbyt niska.
Kondensator z rdzeniem przelotowym można zainstalować bezpośrednio na metalowym panelu, wykorzystując metalowy panel do odgrywania roli izolacji wysokiej częstotliwości. Jednak w przypadku stosowania kondensatora przelotowego problemem, na który należy zwrócić uwagę, jest problem z instalacją.
Największą słabością kondensatora przelotowego jest obawa przed wysoką temperaturą i wpływem temperatury, co powoduje duże trudności podczas spawania kondensatora przelotowego z metalowym panelem.
Wiele kondensatorów ulega uszkodzeniu podczas spawania. Zwłaszcza, gdy na panelu trzeba zainstalować dużą liczbę kondensatorów rdzeniowych, dopóki wystąpią uszkodzenia, trudno je naprawić, ponieważ usunięcie uszkodzonego kondensatora spowoduje uszkodzenie innych pobliskich kondensatorów.
2.Indukcyjność w trybie wspólnym
Ponieważ problemy, przed którymi stoi EMC, to głównie zakłócenia w trybie wspólnym, cewki indukcyjne w trybie wspólnym są również jednym z naszych powszechnie używanych wydajnych komponentów.
Cewka indukcyjna trybu wspólnego to urządzenie tłumiące zakłócenia trybu wspólnego z ferrytem jako rdzeniem, które składa się z dwóch cewek o tym samym rozmiarze i tej samej liczbie zwojów, symetrycznie nawiniętych na tym samym rdzeniu magnetycznym z pierścieniem ferrytowym, tworząc urządzenie z czterema końcówkami, które ma duży efekt tłumienia indukcyjności dla sygnału trybu wspólnego i małą indukcyjność rozproszenia dla sygnału trybu różnicowego.
Zasada jest taka, że gdy przepływa prąd w trybie wspólnym, strumień magnetyczny w pierścieniu magnetycznym nakłada się na siebie, uzyskując w ten sposób znaczną indukcyjność, która hamuje prąd w trybie wspólnym, a gdy dwie cewki przepływają przez prąd w trybie różnicowym, strumień magnetyczny w pierścieniu magnetycznym znoszą się nawzajem i prawie nie ma indukcyjności, więc prąd w trybie różnicowym może przepływać bez tłumienia.
Dlatego cewka indukcyjna trybu wspólnego może skutecznie tłumić sygnał zakłóceń trybu wspólnego w linii zbalansowanej, ale nie ma wpływu na normalną transmisję sygnału trybu różnicowego.
Cewki indukcyjne trybu wspólnego powinny spełniać następujące wymagania w momencie ich produkcji:
(1) Przewody nawinięte na rdzeń cewki powinny być zaizolowane, aby zapewnić, że pomiędzy zwojami cewki nie nastąpi zwarcie przebiciowe pod wpływem chwilowego przepięcia;
(2) Gdy cewka przepływa przez chwilowy duży prąd, rdzeń magnetyczny nie powinien być nasycony;
(3) Rdzeń magnetyczny w cewce powinien być odizolowany od cewki, aby zapobiec przebiciu między nimi pod wpływem chwilowego przepięcia;
(4) Cewkę należy w miarę możliwości nawinąć w jednej warstwie, aby zmniejszyć pojemność pasożytniczą cewki i zwiększyć zdolność cewki do przenoszenia przejściowego przepięcia.
W normalnych okolicznościach, zwracając uwagę na wybór pasma częstotliwości wymaganego do filtrowania, im większa impedancja trybu wspólnego, tym lepiej, dlatego przy wyborze cewki sygnału wspólnego musimy patrzeć na dane urządzenia, głównie zgodnie z krzywa częstotliwości impedancji.
Ponadto przy wyborze należy zwrócić uwagę na wpływ impedancji trybu różnicowego na sygnał, skupiając się głównie na impedancji trybu różnicowego, szczególnie zwracając uwagę na porty o dużej szybkości.
3. Koralik magnetyczny
W procesie projektowania obwodu cyfrowego produktu EMC często używamy kulek magnetycznych, materiałem ferrytowym jest stop żelaza i magnezu lub stop żelaza i niklu, materiał ten ma wysoką przenikalność magnetyczną, może być cewką indukcyjną pomiędzy uzwojeniem cewki w przypadku wysokiego minimalna pojemność generowana przez częstotliwość i wysoką rezystancję.
Materiały ferrytowe są zwykle stosowane przy wysokich częstotliwościach, ponieważ przy niskich częstotliwościach ich główna charakterystyka indukcyjna sprawia, że straty na linii są bardzo małe. Przy wysokich częstotliwościach są to głównie współczynniki charakterystyczne reaktancji i zmieniają się wraz z częstotliwością. W zastosowaniach praktycznych materiały ferrytowe są stosowane jako tłumiki wysokiej częstotliwości w obwodach częstotliwości radiowych.
W rzeczywistości ferryt jest lepszym odpowiednikiem równoległości rezystancji i indukcyjności, rezystancja jest zwierana przez cewkę indukcyjną przy niskiej częstotliwości, a impedancja cewki indukcyjnej staje się dość wysoka przy wysokiej częstotliwości, tak że cały prąd przepływa przez rezystancję.
Ferryt jest urządzeniem zużywającym, w którym energia o wysokiej częstotliwości jest przekształcana w energię cieplną, która jest określona na podstawie jego charakterystyki rezystancji elektrycznej. Ferrytowe kulki magnetyczne mają lepszą charakterystykę filtrowania wysokich częstotliwości niż zwykłe cewki indukcyjne.
Ferryt ma oporność przy wysokich częstotliwościach, co odpowiada cewce indukcyjnej o bardzo niskim współczynniku jakości, dzięki czemu może utrzymać wysoką impedancję w szerokim zakresie częstotliwości, poprawiając w ten sposób skuteczność filtrowania wysokich częstotliwości.
W paśmie niskich częstotliwości impedancja składa się z indukcyjności. Przy niskiej częstotliwości R jest bardzo małe, a przenikalność magnetyczna rdzenia jest wysoka, więc indukcyjność jest duża. L odgrywa główną rolę, a zakłócenia elektromagnetyczne są tłumione przez odbicie. W tym momencie strata rdzenia magnetycznego jest niewielka, całe urządzenie ma niską stratę i wysoką charakterystykę Q cewki indukcyjnej, cewka ta łatwo powoduje rezonans, więc w paśmie niskiej częstotliwości czasami mogą występować zwiększone zakłócenia po zastosowaniu ferrytowych kulek magnetycznych.
W paśmie wysokich częstotliwości impedancja składa się ze składowych rezystancji. Wraz ze wzrostem częstotliwości przepuszczalność rdzenia magnetycznego maleje, co powoduje zmniejszenie indukcyjności cewki i zmniejszenie składowej reaktancji indukcyjnej.
Jednak w tym czasie wzrasta strata rdzenia magnetycznego, wzrasta składowa rezystancji, co skutkuje wzrostem całkowitej impedancji, a gdy sygnał o wysokiej częstotliwości przechodzi przez ferryt, zakłócenia elektromagnetyczne są pochłaniane i przekształcane w postać odprowadzania ciepła.
Elementy tłumiące ferryt są szeroko stosowane w płytkach drukowanych, liniach energetycznych i liniach danych. Na przykład na wlocie przewodu zasilającego płytki drukowanej dodano element tłumiący ferryt, aby odfiltrować zakłócenia o wysokiej częstotliwości.
Ferrytowy pierścień magnetyczny lub kulka magnetyczna jest specjalnie stosowana do tłumienia zakłóceń o wysokiej częstotliwości i zakłóceń szczytowych na liniach sygnałowych i energetycznych, a także ma zdolność pochłaniania zakłóceń impulsów wyładowań elektrostatycznych. Zastosowanie chipowych kulek magnetycznych lub cewek chipowych zależy głównie od praktycznego zastosowania.
Cewki chipowe są stosowane w obwodach rezonansowych. Gdy trzeba wyeliminować niepotrzebne zakłócenia EMI, najlepszym wyborem jest zastosowanie chipowych kulek magnetycznych.
Zastosowanie chipowych kulek magnetycznych i cewek chipowych
Cewki chipowe:Częstotliwość radiowa (RF) i komunikacja bezprzewodowa, sprzęt technologii informatycznych, detektory radarów, elektronika samochodowa, telefony komórkowe, pagery, sprzęt audio, osobiste asystenty cyfrowe (PDA), bezprzewodowe systemy zdalnego sterowania i moduły zasilania niskiego napięcia.
Koraliki magnetyczne z chipem:Obwody generujące zegar, filtrowanie między obwodami analogowymi i cyfrowymi, wewnętrzne złącza wejścia/wyjścia we/wy (takie jak porty szeregowe, porty równoległe, klawiatury, myszy, telekomunikacja na duże odległości, sieci lokalne), obwody RF i urządzenia logiczne podatne na zakłóceń, filtrowanie zakłóceń przewodzonych o wysokiej częstotliwości w obwodach zasilających, komputerach, drukarkach, magnetowidach (VCRS), tłumienie szumów EMI w systemach telewizyjnych i telefonach komórkowych.
Jednostką kulki magnetycznej są om, ponieważ jednostka kulki magnetycznej jest nominalna, zgodnie z impedancją wytwarzaną przez nią przy określonej częstotliwości, a jednostką impedancji jest również om.
ARKUSZ DANYCH kulki magnetycznej ogólnie podaje charakterystykę częstotliwości i impedancji krzywej, zwykle 100 MHz jako standard, na przykład, gdy częstotliwość 100 MHz, gdy impedancja kulki magnetycznej jest równa 1000 omów.
Dla pasma częstotliwości, które chcemy filtrować, musimy wybrać im większą impedancję kulki magnetycznej, tym lepiej, zwykle wybieramy impedancję 600 omów lub więcej.
Ponadto przy wyborze koralików magnetycznych należy zwrócić uwagę na strumień koralików magnetycznych, który z reguły należy obniżyć o 80%, a w przypadku stosowania w obwodach mocy należy uwzględnić wpływ impedancji prądu stałego na spadek napięcia.
Czas publikacji: 24 lipca 2023 r
